Empirische Genauigkeitsuntersuchung einer “metrischen” UAV-Kamera

Dauer der Arbeit: 4 Monate
Abschluss: Mai 2019
Betreuer: Dr.-Ing. Michael Cramer
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Norbert Haala

Heutzutage wird bei vielen photogrammetrischen Projekten auf die UAV-basierte Bildaufnahme gesetzt. Diese ist flexibler und meist auch günstiger, benötigt aber im Vergleich zur herkömmlichen Luftbildphotogrammetrie deutlich kompaktere Kameras. Kompakte Kameras sind jedoch meist geometrisch nicht stabil, was eine vor Ort Kalibrierung erfordert. Diese lässt sich nicht immer optimal durchführen, weshalb das IGN in Frankreich eine Kamera entwickelt hat, die UAV-tauglich ist aber von ihrer Konzeption einer kalibrierbaren, also metrischen Kamera entspricht. Diese Kamera wird in der Arbeit anhand von empirischen Daten zum auf ihre Genauigkeit, aber auch auf die Langzeitstabilität der geometrischen Kalibrierung hin untersucht.

Als Grundlage dieser Arbeit dienen die Bilddaten zweier zeitlich versetzter Drohnenbefliegungen mit der vom IGN entwickelten Kamera eines Testfeldes in der Schweiz. In Abbildung 1 ist die Kamera in dem für die Befliegung angefertigtem Karbongehäuse zu sehen und Tabelle 1 zeigt die wichtigsten Parameter der Kamera.

Für die Auswertung der Bilddaten aus diesen beiden Kalibrierflügen wurde die Software Agisoft PhotoScan und Australis verwendet und die daraus generierten Ergebnisse miteinander verglichen. Die Auswertung wurde in 5 verschiedene Projekte unterterteilt, welche alle unterschiedliche Schwerpunkte haben. Tabelle 2 zeigt die Fehler an den Pass- und Kontrollpunkten der beiden Drohnenbefliegungen. „2 in 1“ bedeutet hier, dass dass die berechneten Kameraparameter aus Flug 2 für die Auswertung des ersten Flugs (dann aber als feste Parameter) verwendet werden. Anhand dessen kann die Stabilität der Kamerageometrie über den Untersuchungszeitraum festgestellt werden.

Ebenfalls wurden die Residuen über die gesamte Bildfläche untersucht, um eine Aussage über die Qualität des bestimmten mathematischen Modells zu machen.

Um eine Aussage über die Langzeitstabilität der Kamera zu machen, wurden die Kameraparameter der zeitlich versetzten Drohnenbefliegungen miteinander verglichen. Dies wurde zur Kontrolle mit unterschiedlichen Einstellungen und verschiedenen Programmen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Abbildung zu sehen.

Anhand der empirischen Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass die Kamera, zumindest für den Zeitraum der zwei Drohnenbefliegungen von etwa einem Monat, als geometrisch stabil angesehen werden kann.